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SEMINARIO DE ACTUALIZACIÓN DE LOS PROGRAMAS DE ESTUDIO DE LAS ASIGNATURAS DE CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I Y II PROGRAMA DE ESTUDIO PARA CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I Y II INTEGRANTES: BRAVO ORTIZ ALEJANDRA LARA NÚÑEZ SALVADOR LEÓN CANO MARÍA EUGENIA LEOS HIDALGO ALMA DELIA PÉREZ AGUILAR HÉCTOR NOVA COVARRUBIAS MARÍA DEL SOCORRO ROJAS RIVAS MARCO SANTOS HUERTA ROBERTO MARZO 4 DE 2016

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SEMINARIO DE ACTUALIZACIÓN DE LOS PROGRAMAS DE ESTUDIO DE LAS ASIGNATURAS DE

CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I Y II

PROGRAMA DE ESTUDIO PARA CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I Y II

INTEGRANTES:

BRAVO ORTIZ ALEJANDRA

LARA NÚÑEZ SALVADOR

LEÓN CANO MARÍA EUGENIA

LEOS HIDALGO ALMA DELIA

PÉREZ AGUILAR HÉCTOR

NOVA COVARRUBIAS MARÍA DEL SOCORRO

ROJAS RIVAS MARCO

SANTOS HUERTA ROBERTO

MARZO 4 DE 2016

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Presentación

Las asignaturas de Cálculo Diferencial e Integral I y II, optativas del Área de Matemáticas que se ofrecen en los semestres quinto y

sexto del Plan de Estudios, brindan a los estudiantes la oportunidad de construir los conceptos y métodos del Cálculo a partir del

estudio sistemático de fenómenos de variación y acumulación. En esta perspectiva, los aprendizajes con relación a la cantidad y la

forma de adquiridos en los cuatro primeros semestres, se amplían y son sustento para los propósitos señalados.

Para el bachiller es el primer acercamiento a esta importante rama de las Matemáticas. El nivel de conocimiento que

adquiera, enriquecerá la formación de su pensamiento matemático y así enfrentará con éxito los estudios superiores que realice.

Respecto a las consideraciones para organizar y dirigir la actividad cotidiana en el aula, en la que el aprendizaje del alumno

es la actividad rectora, se propone como idea sustantiva darle significado a los conceptos, técnicas y procedimientos con base en el

estudio de situaciones problémicas en diferentes contextos de aprendizaje, en las que el Cálculo es una herramienta fundamental

para su entendimiento, análisis, y solución, con el propósito de que sea capaz de resolver problemas, abstraer, establecer conjeturas

y encontrar el sentido de los conceptos fundamentales del Cálculo Diferencial e Integral.

Dada la creciente importancia de las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) como un medio en la

construcción de un ambiente de experimentación en el aula, deben ser consideradas para la puesta en práctica de los programas de

estudio; esto contribuirá al desarrollo del pensamiento matemático desde otras perspectivas.

Finalmente, la formación que se adquiere con base en los procesos de enseñanza y de aprendizaje que le dan identidad a los

cursos de Cálculo Diferencial e Integral, debe contribuir a la construcción sólida de las bases conceptuales que permitan a los

egresados continuar sus estudios universitarios.

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Enfoque disciplinario

La selección de los conceptos, técnicas y métodos del Cálculo Diferencial e Integral para ser incorporados a los programas, toma en

cuenta: el carácter propedéutico y terminal en la formación del alumno, la concepción de la Matemática como disciplina científica y

la caracterización de los objetos de estudio del Cálculo Diferencial e Integral.

En primer término, respecto a la formación del alumno, se toma en cuenta la necesidad de proporcionarle conocimientos

suficientes para enfrentar con éxito sus estudios superiores; además de comprender y resolver con mejores recursos culturales

diversas situaciones de la vida cotidiana y dotarlo de estrategias de aprendizaje y capacidades analíticas que le permitan superar las

exigencias que el trabajo productivo demanda.

En segundo término, no menos importante para dicha selección, es la interpretación de las Matemáticas como disciplina

científica. Al respecto se considera que:

a) Las Matemáticas son un cuerpo de conocimiento lógicamente estructurado que estudia las relaciones cuantitativas y de

forma de objetos abstractos que surgen de analizar situaciones concretas mediante procesos y razonamientos cada vez más

depurados.

b) En los procesos de descubrir y construir el conocimiento matemático se reconoce la importancia de la búsqueda intuitiva,

los titubeos, el tanteo, las suposiciones, las dudas e incluso los errores.

c) Como área de conocimiento destaca que el carácter abstracto y general de conceptos y métodos le genera un gran

potencial de aplicaciones.

d) En sus métodos y estructura aparece el rigor lógico como componente indispensable para aceptar como válidas sus

afirmaciones, lo que obliga a proporcionar una rigurosa demostración de éstas.

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e) En sus usos y aplicaciones se relaciona con otras ciencias lo que se manifiesta con una vinculación más estrecha con los

procesos tecnológicos.

Un tercero y último aspecto, la caracterización de los objetos de estudio del Cálculo Diferencial e Integral, considera que esta

rama de las Matemáticas se articula a partir de dos ideas fundamentales, la variación y la acumulación. Dos representaciones

significativas de estas ideas, que le dieron origen, se refieren a la solución de problemas en los ámbitos geométrico y físico. En el

aspecto geométrico, son la obtención de la recta tangente a una curva y la obtención del área bajo una curva; en el escenario de la

Física es la modelización de la velocidad cuando se conoce la distancia recorrida en un tiempo dado y la obtención de la distancia

recorrida cuando se conoce la velocidad.

Para la concreción de estas dos ideas centrales, la variación y la acumulación, que se traducen en los conceptos

fundamentales del Cálculo, la derivada y la integral, se incorporan otros conceptos, técnicas y métodos que se describirán

posteriormente al presentar los propósitos de cada curso; al respecto es pertinente hacer las siguientes precisiones:

Si bien el concepto de función es el sustento para la derivada y la integral, no se incorpora como un tema de estudio

de estos programas dado que en cursos anteriores, principalmente en el curso de Matemáticas IV, se ha trabajado con

amplitud y profundidad. Emplearlas en el contexto de los conceptos de derivada e integral permitirá profundizar en

su comprensión.

Se reconoce que el concepto de límite es fundamental para una construcción completa del Cálculo, pero al considerar

que es un primer acercamiento al estudio de esta disciplina y a la experiencia y conocimientos adquiridos en los

primeros cuatro semestres, se optó por realizar un acercamiento a la idea esencial del límite a partir de procesos

infinitos dado que permiten reconocer la tendencia, estabilización y la posibilidad de predicción de valores y

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comportamientos de las variables involucradas, para enfrentar desde esta perspectiva, el estudio de la derivada y la

integral.

Aun cuando la percepción intuitiva de la continuidad de una función ha permeado en el desarrollo de los cursos

anteriores, al trabajar la representación gráfica de diferentes tipos de funciones, este concepto no forma parte

explícita de la temática; la justificación obedece a que en este primer acercamiento a las ideas esenciales del Cálculo

es posible llevarlo a cabo con esa percepción intuitiva, lo cual posibilitará la apropiación formal de este concepto en

cursos de Cálculo en sus estudios en el nivel superior, si éstos así lo demandan.

Considerando que la materia de Cálculo Diferencial e Integral ofrece al bachiller un primer acercamiento sistemático a esta

disciplina, y tomando en cuenta el propósito de su formación, las características de las matemáticas como disciplina científica y el

objeto de estudio del Cálculo Diferencial e Integral, la selección del contenido disciplinario se orienta bajo las siguientes premisas:

Desarrollar el sentido del Cálculo Diferencial e Integral, mediante la comprensión de diferentes situaciones que se

modelan con las herramientas de esta disciplina, así como el establecimiento de conexiones con otros contextos

matemáticos y otras disciplinas científicas.

Identificar el carácter abstracto de los conceptos de variación y acumulación, a partir de analizar diferentes contextos

del ámbito matemático y de otras disciplinas en los que surgen dichos conceptos.

Apropiarse de conceptos, técnicas y procedimientos propios del Cálculo Diferencial con el propósito de enriquecer el

análisis de diversas situaciones tanto del ámbito matemático como el de otras disciplinas.

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Enriquecer el razonamiento matemático al desarrollar métodos que están presentes al aplicar los conceptos, técnicas y

procedimientos del Cálculo Diferencial e Integral.

En resumen, la selección del contenido disciplinario se rige con la siguiente orientación general:

Con base en la identificación de las ideas de variación y acumulación, darle sentido a los conceptos, técnicas y

procedimientos del Cálculo Diferencial e Integral.

Enfoque didáctico

En este apartado se plantea un conjunto de consideraciones para organizar y dirigir la actividad cotidiana en el salón de clases.

Inicialmente se identifican rasgos esenciales del aprendizaje de las matemáticas, en particular del Cálculo, posteriormente se

proporcionan elementos para interpretar a la resolución de problemas como método del pensamiento matemático que se debe

privilegiar, se continúa señalando los atributos a tomar en cuenta para incorporar las TIC como herramienta de aprendizaje y se

concluye con la identificación de elementos que permiten estructurar el proceso de enseñanza que posibilite la apropiación de los

aprendizajes.

Para caracterizar el aprendizaje de los conceptos matemáticos, esencialmente se toma en cuenta que el Modelo Educativo del

Colegio reconoce la importancia de que el estudiante sea capaz de apropiarse y construir nuevos conocimientos, y que la

Matemática es una disciplina en constante desarrollo en la que aprender matemáticas debe estar íntimamente relacionada con la

participación activa del estudiante en la construcción de resultados matemáticos; en dicha participación, es relevante la disposición

de plantear y resolver problemas, abstraer, inventar, probar y encontrar el sentido a las ideas matemáticas, esto es, desarrollar

matemáticas, proceso en el que es muy importante encontrar el sentido a las relaciones, separarlas y analizarlas para distinguir sus

conexiones con otras ideas.

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Aprender matemáticas, y en particular Cálculo Diferencial e Integral, es un proceso en el que se desarrolla una disposición y

forma de pensar con el propósito de que el estudiante desarrolle un pensamiento y lenguaje variacional a través de un proceso

continuo de resolución de problemas, donde se busquen y examinen diferentes tipos de relaciones, planteen conjeturas y se

argumente su validez, utilicen diferentes sistemas de representación, establezcan conexiones, y comuniquen sus resultados.

Al considerar que para la formación del estudiante del bachillerato del CCH es relevante privilegiar, la apropiación y

construcción de los conceptos matemáticos, es conveniente insistir que el planteamiento y solución de problemas debe ser el hilo

conductor para organizar la enseñanza y el aprendizaje de las matemáticas, ya que es una forma de interactuar y pensar acerca de las

situaciones (problemas o conceptos) que demandan, en los procesos de comprensión y solución, el empleo de recursos y estrategias

matemáticas.

Para la puesta en práctica el método de la resolución de problemas, se propone el desarrollo de un método indagador o

interrogativo, también conocido como inquisitivo1 que le permite al estudiante conceptualizar a las matemáticas como un conjunto

de dilemas o preguntas que se representan, exploran y responden a partir de recursos, estrategias y formas de razonar que son

consistentes con el quehacer de la disciplina.

Para establecer los niveles de extensión y profundidad en la apropiación de los conceptos y procesos matemáticos

implementando el método interrogativo (inquisitivo), es conveniente distinguir tres contextos de aprendizaje: a) contexto puramente

matemático: el referente en donde se desarrolla la situación, involucra solamente aspectos matemáticos; b) contexto del mundo real:

en esta situación, la comprensión del problema se relaciona con identificar a las variables involucradas en la situación real y c)

1 Diccionario de la Real Academia Española: “Que inquiere y averigua con cuidado y diligencia las cosas o es inclinado a ello”.

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contexto hipotético: la situación se construye a partir de una serie de suposiciones acerca del comportamiento de las variables o

parámetros que explican el desarrollo de la situación.

El trabajo organizado con base en la resolución de problemas, posibilitará al estudiante el desarrollo de habilidades

matemáticas, entre las que destacan: Estimación (identificar el rango de valores en los que puede estar un resultado, redondear

cantidades para facilitar operaciones y contar así con una apreciación del resultado de las mismas); Generalización (percibir

relaciones, formas y estructuras; distinguir lo relevante de lo irrelevante y lo común de lo diferente); Formalizar “Material

Matemático (operar con estructuras más que con el contexto de una situación, operar con numerales y símbolos, combinando reglas

y estrategias); Reversibilidad de Pensamiento (invertir una secuencia de operaciones o un proceso de pensamiento); Flexibilidad de

Pensamiento (disponibilidad para abandonar estereotipos o procedimientos en los que se ha tenido éxito para utilizar otros nuevos);

Visualización Espacial (percibir esquemas geométricos contenidos en otros más complejos, o bien adelantar mentalmente el tipo de

figura resultante al aplicar algún movimiento o transformación a una figura dada).

El tercer aspecto a considerar en la organización y conducción de las acciones en el salón de clases, es la incorporación de

las TIC con el propósito de enriquecer los procesos de enseñanza y aprendizaje del Cálculo Diferencial e Integral. El acceso social a

esta tecnología, en sus distintas manifestaciones, teléfonos celulares, tabletas electrónicas, computadoras, reproductores digitales de

audio y video, servicios de la Web, redes sociales o plataformas educativas, entre otras, nos lleva a considerar su incorporación al

aula. Además, resultados en el ámbito de la investigación educativa contribuyen a la consecución de dicho propósito. A

continuación se señalan algunas consideraciones para utilizarla:

La posibilidad de almacenar, compartir y presentar información en distintos formatos, voz, texto, imágenes datos, de

manera simultánea, así como el procesamiento y transmisión de esta información en diferentes modalidades, libros

electrónicos, apuntes interactivos, blogs, entre otros, permite acercamientos novedosos a los conceptos del Cálculo.

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Ofrecer la posibilidad de formular y explorar hipótesis y conjeturas de tal suerte que la escuela no sea solamente un

lugar donde los conocimientos se transmitan, sino esencialmente se construyan.

Organizar actividades en el proceso de resolución de problemas que promueven el pensamiento matemático del

alumno al tener la posibilidad de trabajar en la solución desde diferentes perspectivas.

Representar objetos matemáticos dinámicamente a partir de la identificación de propiedades y relaciones de objetos

particulares que son difíciles de pensar o identificar en aproximaciones que se realizan sin este recurso.

La representación dinámica de objetos matemáticos, permite explorar relaciones entre variables en una configuración

geométrica, mediante diferentes aproximaciones (gráfica o numérica) sin que se tenga que establecer de forma

explícita relaciones algebraicas entre las variables involucradas en el problema.

En resumen, la incorporación de las TIC, permitirá promover las habilidades en el uso de la tecnología, favorecer la

incorporación de los avances actuales en el ámbito escolar y enriquecer el método de resolución de problemas y la consolidación

del pensamiento crítico en el alumno.

Finalmente, las consideraciones respecto a la interpretación del aprendizaje de las matemáticas privilegiando el proceso de

resolución de problemas, sustentado en diferentes contextos de aprendizaje, así como el uso de las TIC, para su concreción en el

aula, es importante la implementación de las estrategias propuestas, considerándolas como actividades a realizar para el logro de los

aprendizajes. Para llevar a cabo dicha implementación, debe considerarse la organización del proceso de instrucción a partir de los

siguientes aspectos:

a) La selección del contenido matemático, indicado en la temática y los procedimientos del pensamiento matemático, la

resolución de problemas, las formas de razonamiento y argumentación, la comunicación de resultados, el establecimiento de

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conexiones y el uso de diversas representaciones. Además de la selección de los contextos de aprendizaje: puramente

matemático, del mundo real e hipotético.

b) Los materiales e instrumentos a utilizar, de los cuales destacan, la selección de lecturas de un libro de texto, la aplicación de

hojas de trabajo, la utilización de calculadoras o computadoras entre otros.

c) La selección, organización e implementación de las tareas para obtener los aprendizajes planteados, en las que se enfatiza, la

participación de los estudiantes en la discusión de tareas o problemas en pequeños grupos, la presentación de los

acercamientos de los estudiantes a los problemas a toda la clase o grupo, la realimentación y orientación por parte del

profesor que permita identificar las estrategias y métodos de solución de los estudiantes y la necesidad de aprender nuevos

contenidos y la reflexión individual que permita al estudiante incorporar y refinar los distintos acercamientos que

aparecieron durante el desarrollo de las actividades.

d) La evaluación de la apropiación de los aprendizajes, no únicamente como la aplicación de instrumentos, sino como parte del

proceso de instrucción para enriquecer el aprendizaje al reflejar la matemática que los estudiantes deben conocer y ser

capaces de hacer.

Evaluación

En este apartado, inicialmente se puntualiza el significado de evaluación como componente en la organización del proceso de

instrucción. Posteriormente, se ofrece una interpretación de los métodos de evaluación como un elemento que permita la

consecución de los objetivos de la materia y los propósitos de cada unidad. Se concluye con la descripción de algunos métodos de

evaluación que permitirán enriquecer el proceso.

La evaluación, como una componente en la organización del proceso de instrucción, la interpretaremos como un proceso

sistemático de obtención de información del logro de los aprendizajes del alumno. Dicha información permitirá, por una parte, dar a

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conocer al alumno los aprendizajes obtenidos, y por otra parte, al profesor, identificar las fortalezas y debilidades del estudiante y de

él mismo para modificar favorablemente sus propuestas de aprendizaje y de enseñanza.

En este proceso, tienen relevancia los métodos de evaluación que se utilicen. Deben considerarse los instrumentos de

evaluación, los contenidos y contextos que propician los aprendizajes planteados, y los procesos del pensamiento matemático

involucrados.

La concreción de los aprendizajes a evaluar, tienen como referentes los propósitos educativos de la materia, así como los

propósitos de aprendizaje general y particular, indicados en cada una de las unidades. Esto es, el método de evaluación debe estar

relacionado estrechamente con las orientaciones del curso y propósitos de las unidades.

Es recomendable que los métodos de evaluación que se utilicen sean diversos, así como acordes con los propósitos

planteados, con la intención de que promuevan el compromiso del alumno hacia la apropiación de los aprendizajes. A continuación

se mencionan métodos de evaluación que permiten la obtención de información desde distintas perspectivas.

Proyecto de trabajo individual

Es la investigación de un tema o la solución de un problema, en la que el alumno tiene que recurrir a diferentes fuentes de

información y a diversos recursos digitales; lo cual le posibilitará desarrollar tanto su iniciativa, como un trabajo independiente. Se

debe elaborar un reporte escrito y hacer una presentación de los resultados. La complejidad de la investigación o del problema,

permitirá estimar el tiempo que se debe invertir con trabajo extra-clase para su solución. En este sentido el proyecto puede atender a

los conocimientos de todo el curso, a una unidad o aprendizajes específicos. Es conveniente indicarle al alumno que significará un

buen trabajo a través de un protocolo de evaluación, con la intención de que en el desarrollo del proyecto, aprenda a realizar una

investigación o resolver un problema no rutinario, y presentarlo de manera convincente.

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Proyecto de trabajo grupal

Este proyecto es similar al individual, adicionando la problemática de trabajar en equipo. Se recomienda que la investigación

o el problema propuesto se desarrollen durante todo el semestre.

Variaciones sobre el examen escrito

Utilizar otras formas del examen escrito, restringido a un determinado tiempo durante la clase y generalmente sin incluir

situaciones no rutinarias, son pertinentes para recabar otro tipo de información de los aprendizajes obtenidos. Destacamos los

siguientes: Examen a libro abierto; examen utilizando entornos de Geometría Dinámica o CAS; examen que involucre preguntas

conceptuales.

Lecturas de comprensión

Consiste en proponerle la lectura del apartado de un libro o un artículo de divulgación, para propiciar el estudio crítico y

reflexivo, posibilitando evaluar el entendimiento de procesos matemáticos; es conveniente orientar el análisis mediante un

cuestionario.

Resolución de problemas

Para la obtención de información del aprendizaje que surge en la resolución de problemas, es recomendable diseñar

actividades que capturen dicha información de acuerdo a los siguientes aspectos: a) la comprensión del problema: el estudiante debe

mostrar que ha entendido el problema; b) la habilidad del estudiante para seleccionar estrategias de resolución y llevarlo a cabo y c)

lo razonable de la solución y la posible extensión del problema.

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Se recomienda instrumentar estos aspectos en una actividad grupal y obtener la información mediante una entrevista que se

desarrolle a partir de preguntas clave, que se pueden ampliar a partir de la participación de los estudiantes del equipo.

Contribución al perfil del egresado

Con base en la adquisición de los contenidos y procesos matemáticos que le permitan enriquecer su formación en el ámbito de las

matemáticas, será capaz de:

Aplicar y adaptar una variedad de estrategias para resolver problemas.

Utilizar diversas representaciones en la resolución de problemas.

En la resolución de problemas matemáticos, valorar la generalidad de la solución

Apreciar la resolución de problemas como generadora de conocimiento más que como una actividad de ejercicio mental.

Efectuar generalizaciones a partir del análisis de diferencias y similitudes, del reconocimiento de estructuras, de la

identificación de analogías y de patrones de comportamiento.

Proporcionar argumentos de validez sobre tópicos matemáticos y evaluar los de otros.

Incorporar a su lenguaje y modos de sistematización y argumentación habituales diversas formas de representación

matemática para comunicar sus ideas y consolidar su pensamiento matemático.

Analizar y evaluar el trabajo matemático y las estrategias de otras personas.

Reconocer y usar conexiones entre ideas matemáticas y éstas entre otras disciplinas.

Reconocer conceptos, métodos y procedimientos comunes en las diversas áreas del conocimiento matemático.

Usar las representaciones matemáticas pertinentes para modelar e interpretar fenómenos físicos, sociales y biológicos, entre

otros.

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PROGRAMA DE CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I

UBICACIÓN DEL CURSO

Esta asignatura representa el primer acercamiento sistemático y organizado al estudio del Cálculo Diferencial e Integral. Para darle

sentido a sus conceptos, se ha considerado establecer el siguiente ciclo de aprendizaje: iniciar con situaciones concretas, cuya

modelación matemática no constituya inicialmente gran complejidad, continuar el trabajo en un contexto fundamentalmente

matemático y concluir con la modelación de situaciones concretas con el apoyo de herramientas conceptuales más refinadas. La

aplicación de estas etapas proporcionarán las bases para el estudio formal de dichos conceptos, cuando su estancia en el nivel

superior lo requiera.

La Primera Unidad está dedicada al estudio de procesos infinitos y la noción de límite. Es importante que el alumno

reconozca las condiciones que caracterizan a un proceso infinito, esto es, que reconozca el patrón de comportamiento identificando

las variables y las instrucciones que posibilitan establecer siempre un resultado más. Posteriormente, a partir de las representaciones:

tabular, gráfica, numérica o algebraica de procesos infinitos, empiece a construir para sí el significado del concepto de límite,

comprenda y maneje su notación; este concepto se enriquecerá al interpretar situaciones concretas que involucren el concepto de

derivada y en el siguiente curso, el de integral.

El estudio del concepto de derivada se inicia en la Segunda Unidad. Con base en el desarrollo de situaciones formuladas en

contextos reales o hipotéticos, se analiza la variación de funciones polinomiales, de grado no mayor a tres, para dotar de significado,

inicialmente, a la razón de cambio y posteriormente, mediante la asociación del proceso infinito a la razón de cambio instántanea,

construir el concepto de derivada. Ejemplificar el concepto de derivada con las funciones polinomiales mencionadas, sienta las

bases para centrar el análisis de la relación entre la variación y el comportamiento gráfico.

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La Tercera Unidad considera la obtención de las derivadas de funciones algebraicas por medio de las fórmulas y reglas de

derivación. El contexto de aprendizaje que se debe privilegiar para desarrollar las actividades de esta unidad, es el puramente

matemático; la justificación de las fórmulas y reglas de derivación puede realizarse a partir de procesos de inducción, basándose en

analogías geométricas o en resultados previamente obtenidos, entre otros. Se privilegia la manipulación algebraica porque es

necesario que el estudiante adquiera destreza en la aplicación de las fórmulas y reglas de derivación

La Cuarta Unidad representa un primer momento de síntesis. Se enriquece el análisis de la gráfica cartesiana de una función

con base en la manipulación algebraica, con el propósito de profundizar en la comprensión de la relación existente entre la función

original y su primera y segunda derivada. Se incrementa el entendimiento del concepto de derivada al extender el campo de sus

aplicaciones a situaciones más complejas, en particular, el campo de los problemas de optimización; las actividades de aprendizaje

se realizan principalmente en los contextos hipotéticos y reales.

En la siguiente tabla, se presentan tanto los propósitos, como el número de horas de cada una de las unidades.

Cálculo Diferencial e Integral I

No. Nombre de la unidad Propósitos Horas

I

Procesos infinitos y la

noción de límite

Al finalizar la unidad, el alumno descubrirá intuitivamente el concepto de límite, a través

de diversos problemas que involucren procesos infinitos mediante los diferentes registros:

numérico, gráfico o simbólico.

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II

El concepto de derivada:

variación y razón de

cambio

Al finalizar la unidad, el alumno interpretará el concepto de derivada a partir del análisis

de la variación y de la razón de cambio, al resolver problemas en diferentes contextos

cuyos modelos sean funciones polinomiales.

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III

Derivada de funciones

algebraicas

Al finalizar la unidad, el alumno usará el concepto de derivada a través de su

representación algebraica, para identificar patrones de comportamiento y obtendrá las

reglas de derivación; utilizará estas reglas para obtener la derivada de una función de

manera eficaz y la reconocerá como otra función. Además aplicará las reglas de

derivación en diferentes contextos.

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IV

Comportamiento gráfico

y problemas de

optimización

Al finalizar la unidad, el alumno contrastará la gráfica de una función y s u s d o s

p r i m e r a s derivadas para obtener información sobre el comportamiento de la función;

utilizará dicha información para resolver problemas de optimización.

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EVALUACIÓN

Las propuestas de los métodos de evaluación, tienen el propósito de obtener información del desempeño de los estudiantes en

referencia a los aprendizajes logrados, para que estos identifiquen sus avances y limitaciones y el profesor enriquezca o modifique la

forma de organización del proceso de instrucción utilizado.

Un ejemplo de evaluación, consiste en que el alumno elabore un portafolio que contenga: las actividades llevadas a cabo, los

exámenes, proyectos, trabajos, tareas, entre otros; realizados a lo largo del curso o por unidad. Por lo cual es indispensable que el

alumno se involucre en el trabajo en clase.

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PROPÓSITOS DEL CURSO

Al finalizar el curso de Cálculo Diferencial e Integral I, a través de diversas actividades orientadas al desarrollo de habilidades y

procedimientos, y a la comprensión de conceptos y métodos. El alumno:

Incrementa su capacidad en la resolución de problemas al adquirir sistemáticamente técnicas para representar e interpretar

situaciones y fenómenos que involucran variación.

Adquiere una visión del concepto de límite, a través de la manipulación de las representaciones tabular, gráfica y algebraica

de procesos infinitos, tanto discretos como continuos.

Relaciona la derivada de una función con un proceso infinito que permite estudiar las características de la variación y de la

rapidez de cambio.

Identifica de manera sistemática y fundada las diversas interpretaciones de la derivada y las utiliza para obtener y analizar

información sobre una función.

Aplica la derivada de una función para resolver problemas de razón de cambio y de optimización.

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UNIDAD I. PROCESOS INFINITOS Y LA NOCIÓN DE LÍMITE

Propósitos:

Al finalizar la unidad, el alumno descubrirá intuitivamente el concepto de límite, a través de diversos problemas que involucren

procesos infinitos mediante los diferentes registros: numérico, gráfico o simbólico.

TIEMPO: 12 horas

APRENDIZAJES TEMÁTICA ESTRATEGIAS

El alumno:

Reconoce características de los

procesos infinitos utilizando

alguno de estos procedimientos:

numérico, algebraico o gráfico

Identifica el patrón de

comportamiento en un proceso

infinito.

Reconoce un proceso infinito de

uno que no lo es.

Resuelve problemas en diversos

contextos que involucren en su

solución, procesos infinitos.

Procesos infinitos

Situaciones numéricas,

geométricas, o

algebraicas, que dan

lugar a procesos

infinitos.

Comportamiento de un

proceso infinito:

representación

numérica, algebraica o

gráfica.

Representación

simbólica de procesos

infinitos por medio de

una función.

Mostrar ejemplos que involucren procesos infinitos en los

cuales se tiene un resultado que es posible determinar.

Plantear problemas que conduzcan a encontrar patrones

numérico, geométrico o simbólico; de procesos infinitos

como los siguientes:

Dividir un cuadrado de área uno a la mitad, tomar una

mitad y nuevamente dividirla a la mitad, y así

sucesivamente. Calcular el área de cada sección e

inferir hacia qué valor se acerca el área seccionada y

hacia dónde se acerca la suma de las áreas seccionadas.

Inscribir polígonos regulares en un círculo y determinar

el resultado límite tanto de sus perímetros como de sus

áreas desde el punto de vista geométrico; inferir los

valores numéricos de dichos límites.

Cálculo aproximado de volúmenes de vasos a partir de

cilindros inscritos.

Cálculo aproximado de áreas de regiones limitadas por

19

Utiliza las representaciones

gráfica, tabular o algebraica de un

proceso infinito para analizar su

comportamiento en cuanto a:

cómo cambia la variable, qué

comportamiento sigue, cuáles son

los valores siguientes, y a la larga

como son estos.

Distingue aquellos procesos

infinitos que tienen un resultado

límite de los que no lo tienen.

Expresa simbólicamente el límite

de un proceso infinito si éste

existe.

Interpreta el límite de un proceso

infinito.

Identifica cuál es el resultado

límite de un proceso infinito.

Establece el valor límite de un

proceso infinito dado en forma

algebraica, con base en otras

representaciones de dicho

proceso.

Noción de límite

Acercamiento al

concepto de límite de

una función.

Notación de límite

curvas, como: lagos, ciudades, etc., o gráficas de

funciones a partir de rectángulos inscritos o

circunscritos.

Representar 1/3 en su forma decimal

0.3 + 0.03 + 0.003 + 0.0003 +…

Los cuales se pueden reforzar con el uso de software y

Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC):

videos, simuladores, Web 2.0, etc.

Presentar algunas actividades donde se tenga que distinguir

un proceso infinito de uno que no es.

Hacer énfasis en el hecho de que una sucesión permite

expresar de forma simbólica procesos infinitos discretos.

Como un primer acercamiento al concepto de límite de una

función, es conveniente trabajar ejemplos discretos para

analizar los casos donde la función tiene un dominio en los

naturales.

Considerar que las representaciones: gráfica, algebraica o

tabular de una sucesión permiten expresar un proceso

infinito que puede tener o no tener límite.

Considerar que la simbolización f(x)L cuando

xa, permite representar procesos infinitos que tienen un

valor límite.

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A partir de la trayectoria de un móvil calcular su velocidad

media entre dos puntos y aproximarse sucesivamente a la

velocidad instantánea en un punto intermedio, a partir de la

construcción de una tabla.

Proponer tareas donde se muestre que dado un número

real, existen diferentes sucesiones cuyos términos permiten

acercarse al punto dado de tres maneras: siempre con

valores mayores, siempre con valores menores y con

valores mayores y menores al número dado.

A partir de las representaciones tabular y gráfica de

funciones en las cuales la relación entre sus variables

establecen procesos infinitos, dar significado a la

simbolización

BIBLIOGRAFÍA: (Número del libro en el listado)

(1) Capítulo 1; (2) Capítulo 2; (9) Capítulo 1; (11) Capítulo 2; (15) Capítulo 2; (17) Capítulo 12; (18) Capítulo 2.

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UNIDAD II. EL CONCEPTO DE DERIVADA: VARIACIÓN Y RAZÓN DE CAMBIO

Propósitos:

Al finalizar la unidad, el alumno interpretará el concepto de derivada a partir del análisis de la variación y de la razón de cambio, al

resolver problemas en diferentes contextos cuyos modelos sean funciones polinomiales.

TIEMPO: 16 horas.

APRENDIZAJES TEMÁTICA ESTRATEGIAS

El alumno:

Reconoce en diversos contextos

la variación y la razón de cambio

en funciones lineales. Explica el

significado de la razón de cambio

y verifica que es una constante, a

través de procesar la información

de las situaciones planteadas.

Reconoce en diversos contextos

la variación y la razón de cambio

de las funciones cuadráticas en un

intervalo dado, a través de

procesar la información de las

situaciones planteadas.

Reconoce en diversos contextos

la variación y la razón de cambio

de las funciones cúbicas en un

intervalo dado, a través de

procesar la información de las

situaciones planteadas.

En diferentes contextos,

variación y razón de

cambio promedio e

instantánea en:

Funciones

polinomiales de grado

no mayor tres.

Para la deducción de la derivada de cada una de las funciones

es recomendable utilizar al menos dos de las representaciones

gráfica, tabular o algebraica, considerando lo siguiente:

Proponer problemas que se puedan modelar por una

función lineal, resaltando que la intención del modelo es

representar simbólicamente la correspondencia entre las

variables involucradas en el problema. La representación

simbólica, permite evaluar la magnitud del cambio de la

variable dependiente con base en un cambio sufrido por la

independiente. Así el cambio en la independiente se puede

representar como 2 1x x x y a este, le corresponde un

cambio en la dependiente representada por 2 1y y y ,

con base en la magnitud de estos cambios es posible

caracterizar la pendiente o razón de cambio de la función

lineal como el cociente de diferencias o razón de cambio:

2 1 2 1

2 1 2 1

( ) ( )y ycambio en y y f x f xm

cambio en x x x x x x

Reiterar que la razón de cambio de una función lineal es

constante.

22

Reconoce y deduce a la razón de

cambio instantánea como el límite

de las razones de cambio

promedio.

Utiliza a los procesos infinitos

como una forma de obtener la

razón de cambio instantánea de

una función polinomial y la

interpreta como un límite.

Identifica a la derivada de una

función polinomial en un punto

como el límite de las razones de

cambio promedio.

Interpreta en el contexto de una

situación o problema modelado

por una función polinomial, la

información que proporciona su

derivada.

Calcula la pendiente de la recta

tangente en un punto de la gráfica

de una función polinomial, como

el límite de las rectas secantes.

Calcula la derivada de funciones

Concepto de derivada

Notación.

Representación

algebraica.

El uso de gráficas poligonales de problemas reales o

hipotéticos asociados a funciones en contextos diversos,

por ejemplo, las tarifas diferenciadas de acuerdo al

consumo de agua, de energía eléctrica las cuales son

funciones discretas, para enfatizar la importancia de la

continuidad, sin realizar un estudio exhaustivo.

Plantear problemas cuyo modelo sea una función

cuadrática para analizar la variación, la razón de cambio

promedio y a través de un análisis numérico aproximarse a

la razón de cambio instantánea, por ejemplo: el movimiento

de un objeto en caída libre, el área de un rectángulo con

perímetro constante, entre otros. Con el fin de enriquecer lo

anterior utilizar una hoja electrónica de cálculo y calcular la

razón de cambio promedio con intervalos cada vez más

pequeños; para promover de la necesidad de utilizar un

proceso infinito y obtener la razón de cambio instantánea.

Recalcar que la razón de cambio instantánea de una función

cuadrática es una función lineal y que el cambio del cambio

de una función cuadrática es una constante.

Presentar problemas que se puedan modelar mediante una

función polinomial de grado tres; para analizar la variación,

la razón de cambio promedio y la razón de cambio

instantánea a través de los procesos descritos

anteriormente, por ejemplo el volumen de un sólido con

área fija.

Recalcar que la razón de cambio instantáneo de una

23

polinomiales con grado menor o

igual a tres, en un punto, usando

el límite del cociente de Fermat:

función cúbica es una función cuadrática y que la razón de

cambio del cambio de una función cúbica es una función

lineal.

Destacar que las unidades relacionadas a la razón de

cambio son las unidades de la variable dependiente,

divididas entre las unidades de la variable independiente.

Relacionar el signo asociado a la razón de cambio con el

crecimiento o decrecimiento de la función.

En el análisis de la razón de cambio que definen las

pendientes de las rectas secantes, es conveniente utilizar la

noción de límite como una herramienta para definir la

pendiente de la recta tangente a la curva en un punto dado.

Verificar gráficamente los resultados obtenidos.

Para definir la derivada en un punto retomar los problemas

vistos anteriormente haciendo énfasis que se utilizó el

mismo modelo

Y considerar la diferencia entre variable y parámetro.

BIBLIOGRAFÍA: (Número del libro en el listado)

(1) Capítulo 2; (3) Lección 4; (7) Capítulos 1 y 2; (21) Capítulo 1; (22) Unidad 4.

.)()(

)('ax

afxflímaf

ax

.)()(

)('ax

afxflímaf

ax

24

UNIDAD III. DERIVADA DE FUNCIONES ALGEBRAICAS

Propósitos:

Al finalizar la unidad, el alumno usará el concepto de derivada a través de su representación algebraica, para identificar patrones de

comportamiento y obtendrá las reglas de derivación; utilizará estas reglas para obtener la derivada de una función de manera eficaz

y la reconocerá como otra función. Además aplicará las reglas de derivación en diferentes contextos.

TIEMPO: 16 horas

APRENDIZAJES TEMÁTICA ESTRATEGIAS

El alumno:

Obtiene la derivada de una función

polinomial de 1°, 2° y 3° grado,

usando la definición en su

representación:

Identifica geométricamente la

relación de la representación de la

derivada

con la representación anterior.

Obtiene derivadas utilizando los dos

límites anteriores.

Derivada de funciones del

tipo f(x) = cxn.

Reglas de derivación para:

- Función lineal.

- Función constante.

- Constante por una

función.

- Suma de funciones.

- Producto de funciones.

- Cociente de funciones.

- Funciones del tipo (f(x))n

con f(x) polinomial y n

un número racional.

Utilizar la definición de derivada

para obtener derivadas de funciones del tipo

𝑓(𝑥) = 𝑐𝑥𝑛 con n natural y c=1, posteriormente

con c≠ 1.

Proponer ejemplos para identificar

geométricamente la correspondencia entre

diferentes notaciones:

x como: x-a o h

y como: f(x)-f(a) o f(x+h) – f(x)

Proponer ejercicios utilizando ambos límites con el

propósito de observar las condiciones que son

necesarias para obtener su equivalencia.

.)()(

)('ax

afxflímaf

ax

0

( ) ( )'( )

h

f x h f xf x lím

h

.)()(

)('ax

afxflímaf

ax

25

Explica la relación entre la derivada

de una función lineal y la pendiente

de la recta; identifica dicha relación

en el caso de la función constante.

Identifica el patrón de

comportamiento de derivadas de

funciones del tipo f(x) = cxn obtenidas

usando la definición y determina su

regla de derivación.

Identifica patrones de

comportamiento de las derivadas en

operaciones con funciones: suma,

producto, cociente y de la forma

(f(x))n, para obtener las reglas de

derivación correspondientes.

Obtiene la derivada de funciones

algebraicas usando las reglas de

derivación y la regla de la cadena.

Identifica a la derivada como una

función que proporciona la pendiente

de la recta tangente en cualquier

punto de la gráfica de la función

original.

Identifica a la derivada de una

función como una función que

proporciona la razón de cambio

Utilizar las propiedades necesarias de límites y

definiciones de las operaciones con funciones, para

justificar algunas reglas de derivación, sin ser

exhaustivo en el uso.

A través del cálculo de la derivada de

polinomios con la definición, inferir las reglas

de derivación para:

- Función constante.

- Función lineal.

- Producto de una constante por una función.

- Suma de funciones.

Al calcular la derivada de la función f(x)=mx+b

identificar el comportamiento de la recta y hacer un

análisis gráfico cuando m es positiva, negativa o

cero.

Utilizar la definición para determinar la derivada de

( ) nf x cx con 1 1

1, 2, ,2 3

n para

justificar que la regla de derivación encontrada

también se cumple para los números racionales.

Mediante productos de polinomios se puede

introducir la regla del producto; por ejemplo,

obtener la derivada de f(x)=5x2(x3+4x). Si por

similitud con la suma lo realizan como el

producto de las derivadas, sugerir que primero

hagan la multiplicación y luego deriven para

corroborar que no obtuvieron lo mismo y así

26

instantáneo.

Utiliza la función derivada para

resolver problemas en diferentes

contextos.

Problemas de aplicación de

razón de cambio

instantánea, por ejemplo:

cálculo de tangentes, cálculo

de velocidades, cálculo de

tasa marginal.

evidenciar que la derivada de un producto no se

comporta de igual manera que la de la suma.

Con el mismo ejercicio guiarlo para que halle la

regla correcta, combinando adecuadamente las

funciones involucradas y sus derivadas.

Usar ejemplos de funciones de la forma (𝑓(𝑥))𝑛 con n = 2, 3,… y ( )f x una función

polinomial de primero o segundo grado, para

introducir su regla de derivación a partir de la

regla del producto.

La regla del cociente se puede obtener a partir de la

del producto, escribiendo el cociente como una

multiplicación.

Enfatizar la jerarquía de las operaciones

involucradas en la regla de correspondencia de

una función algebraica para aplicar

correctamente las reglas de derivación.

Proponer problemas que involucren la

obtención de la ecuación de la recta tangente

en un punto de la gráfica de una función.

Se sugiere utilizar la representación gráfica de la

función y que el alumno bosqueje la ecuación de

la recta tangente calculada, para que verifique si

es tangente a la función en el punto propuesto.

(Puede verificarlo utilizando algún software).

Resolver problemas sobre velocidad y

27

aceleración instantáneas de un móvil y de tasa

marginal, entre otros.

Resolver ejercicios o problemas de la

interpretación geométrica de la derivada de

funciones algebraicas.

A partir de la gráfica de una función obtener un

bosquejo de la gráfica de su derivada mediante el

análisis de las pendientes de las rectas tangentes.

Bosquejar la gráfica de una función y la de su

derivada, buscando un primer acercamiento de la

relación entre existe entre ellas, por ejemplo

máximos o mínimos.

Presentar las diferentes notaciones usadas en

fuentes de información para la representación de

la derivada:

'( ),f x ',y ,dy

dx df

dx ,xD y ( )xD f x

BIBLIOGRAFÍA: (Número del libro en el listado)

(2) Capítulo 3; (3) Lección 12; (7) Capítulo 3; (9) Capítulo 2; (10) Capítulo 2; (21) Capítulo 3; (22) Unidad 4.

28

UNIDAD IV. COMPORTAMIENTO GRÁFICO Y PROBLEMAS DE OPTIMIZACIÓN

Propósitos: Al finalizar la unidad, el alumno contrastará la gráfica de una función y sus d o s p r i m e r a s derivadas para obtener información

sobre el comportamiento de la función; utilizará dicha información para resolver problemas de optimización.

TIEMPO: 20 horas

APRENDIZAJES TEMÁTICA ESTRATEGIAS

El alumno:

Interpreta en forma gráfica y

algebraica los intervalos en donde

una función es creciente,

decreciente o constante.

Deduce a través de un análisis

gráfico, las relaciones existentes

entre la gráfica de una función y

sus dos primeras derivadas: signo

de la primera derivada asociada

con crecimiento o decrecimiento

de la función, derivada nula con

puntos críticos, signo de la

segunda, con concavidad y

segunda derivada nula con un

posible cambio de concavidad

punto de inflexión.

Situaciones que propician

el análisis de las

relaciones entre la gráfica

de una función y sus

derivadas.

Comportamiento gráfico

de una función.

Crecimiento y

decrecimiento de

funciones

Puntos críticos.

Concavidad.

Máximos y

mínimos, criterio de

la 1ª y 2ª derivada.

Puntos de inflexión.

Proponer la gráfica de una función polinomial (sin

su regla de correspondencia) y determinar los

puntos máximos o mínimos e intervalos dónde la

función es creciente, decreciente; establecer qué

elementos de la derivada proporcionan esa

información.

Proponer funciones fácilmente factorizables,

como: f ( ) 33x x x bosquejar la gráfica y a

p a r t i r d e e l l a , i d e n t i f i c a r l a s

c o o r d e n a d a s d e l o s p u n t o s máximo o

mínimo e intervalos donde la función es creciente

o decreciente.

Realizar el análisis gráfico del comportamiento por

intervalos tanto de la función como de la primera

y segunda derivada para obtener las relaciones

entre todas ellas y concluir con el criterio de la

segunda derivada. Mostrar con este tipo de

ejemplos (polinomios de grado tres o mayor) que

el criterio de la segunda derivada es más práctico

que el otro.

29

Esboza la gráfica de la derivada de

una función dada la gráfica de la

misma.

Calcula los puntos críticos de una

función y los clasifica en máximos,

mínimos o puntos de inflexión.

Analiza el tipo de concavidad de la

función a partir del signo de la

segunda derivada.

Esboza la gráfica de una función

utilizando la información que

proporcionan su primera y segunda

derivada.

Infiere que los criterios de la

primera y segunda derivada,

sintetizan el análisis realizado entre

las gráficas de 𝑓, 𝑓′ , 𝑓′′.

Gráfica de f (x) a partir de

las gráficas de

𝑓′(𝑥) 𝑦 𝑓′′(𝑥) y

viceversa.

Construir el bosquejo de la gráfica de la derivada

a través de la gráfica de la función y viceversa, ya

que permite al alumno (en el estudio posterior

de la antiderivada) asociar la forma de la curva

con el significado geométrico de la derivada.

Finalmente, hacer ver que dada la gráfica de una

función o la de su derivada, a d q u i e r e

información sobre el comportamiento gráfico de

la otra.

En cuanto a los problemas de optimización, es

conveniente iniciar con problemas cuyo modelo

no sea difícil de representar como una función

real de variable real, y utilizar en primera

instancia, su gráfica para hacer predicciones de

acuerdo al contexto del problema. Lo cual

permitirá al alumno reforzar sus conocimientos

acerca del dominio y contradominio de las

funciones.

También es útil enfatizar en los problemas, que

resuelvan el profesor y los estudiantes de manera

conjunta, la forma en que la condición que

establece el problema entre las variables (por

ejemplo ancho y largo; radio y altura, etc.)

permite que la función a optimizar se transforme

en una función con una sola variable

30

Resuelve problemas que involucran

máximos o mínimos de una función

de acuerdo a su dominio

restringido.

Problemas de

optimización.

independiente.

Proponer problemas del tipo:

Dados dos números cuyo producto sea 72 y la

suma del primero más el triple del segundo

sea máxima.

Una compañía que produce x números de

artículos mensuales cuyo costo esté dado por

la función C(x) determinar el número de x

unidades mensuales que se deben producir

para que el costo sea mínimo.

El cálculo del volumen máximo de una caja

que se forma a partir de un rectángulo

haciendo cortes iguales en esquinas.

Minimizar el costo de una lata cilíndrica a

partir de un volumen determinado. Con una o

dos tapas de material de valor diferente o

igual al del rectángulo envolvente del

cilindro.

El problema de hallar el radio y altura de un

cilindro circular recto de máximo volumen

que se puede inscribir en un cono circular

recto de radio y altura conocidos.

31

Es importante no olvidar que la resolución de

problemas es una metodología didáctica de los

programas por lo que es conveniente que en este

momento se retomen los elementos necesarios

para la resolución de problemas, considerando

entre otros, a autores tales como George Polya,

Alan Schoenfeld o Luz Manuel Santos Trigo.

BIBLIOGRAFÍA: (Número del libro en el listado)

(2) Capítulo 3; (3) Lección 1; (6) Capítulo 5; (7) Capítulo 4; (11) Capítulo 5; (18) Capítulo 4; (19) Capítulo 1.

32

PROGRAMA DE CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL II

UBICACIÓN DEL CURSO

En esta asignatura se concluye el primer acercamiento sistemático y organizado al estudio del Cálculo Diferencial e Integral: se

desarrolla el concepto de derivada de algunas funciones trascendentes y se concretan las ideas fundamentales del Cálculo Integral.

Para darle sentido a sus conceptos, se ha considerado establecer el siguiente ciclo de aprendizaje: iniciar con situaciones concretas,

cuya modelación matemática no constituya inicialmente gran complejidad, continuar el trabajo en un contexto fundamentalmente

matemático y concluir con la modelación de situaciones concretas con el apoyo de herramientas conceptuales más refinadas. La

aplicación de estas etapas proporcionarán las bases para el estudio formal de dichos conceptos, cuando su estancia en el nivel

superior lo requiera.

En la Primera Unidad se extiende el estudio de la variación a algunas funciones trascendentes, al obtener la derivada de

funciones trigonométricas, exponenciales y logarítmicas; la justificación de estos resultados se realiza fundamentalmente con el

análisis gráfico de la función original y sus dos primeras derivadas. Con base en la modelación de diversos fenómenos físicos,

químicos biológicos y sociales, entre otros, se contribuye a una mejor comprensión de la derivada de las funciones antes

mencionadas, a la vez que se enriquece el significado del concepto de derivada.

A partir de la modelación de situaciones geométricas y de contextos, principalmente de movimiento, en la que se presenta la

idea de acumulación, en la Unidad Dos se inicia el estudio del concepto de integral definida; es importante recurrir a los procesos

infinitos para esbozar la definición de integral definida. Para la obtención de resultados de sumas infinitas, debe recurrirse a las

funciones constante y lineal, principalmente. Con base en estos resultados, aportar elementos para presentar el Teorema

Fundamental del Cálculo.

33

La Unidad Tres inicia con la presentación del desarrollo inverso a la derivación con problemas que plantean obtener la

función a partir de conocer su rapidez de cambio. Para la comprensión de las ideas de antiderivada, condición inicial e integral

indefinida, el trabajo con funciones polinomiales debe ser el punto de partida. Se prepara al alumno en el manejo algorítmico al

resolver una diversidad de ejercicios de integración a través de las formas inmediatas, para concluir con los métodos de sustitución e

integración por partes. Al retomar los resultados que presenta el Teorema Fundamental del Cálculo, resuelve problemas, de mayor

complejidad, que requieren utilizar la integral definida.

Por último, la Cuarta Unidad presenta tanto la conclusión de los dos cursos, como perspectivas de desarrollo de los métodos

y conceptos estudiados. Consolida la comprensión, manejo y aplicación de la derivada y la integral al construir el modelo asociado a

diversas situaciones, en las que la derivada de una función es proporcional a ésta, como son: crecimiento de una población,

desintegración radioactiva, ley de enfriamiento de Newton, asimilación de un medicamento en el organismo, propagación de una

enfermedad.

En la siguiente tabla, se presentan tanto los propósitos, como el número de horas de cada una de las unidades.

Cálculo Diferencial e Integral II

No Nombre de la unidad Propósitos Horas

I

Derivadas de

funciones

trascendentes

Al finalizar la unidad, el alumno ampliará su conocimiento de la derivada, a las funciones

trigonométricas, exponenciales y logarítmicas y reforzará el estudio de la variación al resolver

problemas que se modelan con ellas.

16

II

La integral definida Al finalizar la unidad, el alumno interpretará el concepto de integral definida, analizando

situaciones dadas en diferentes contextos para construir su significado. Relacionará los

conceptos de derivada e integral a través del Teorema Fundamental del Cálculo y lo aplicará.

16

34

III

La integral

indefinida

Al finalizar la unidad, el alumno establecerá mediante el análisis de situaciones de variación, la

integral de diversas funciones, utilizará las fórmulas inmediatas y algunos métodos de

integración.

20

IV

Modelos y

predicción

Al finalizar la unidad el alumno concluirá el estudio de la derivada e integral, con la

construcción de un modelo que las relacione para hacer predicciones sobre el

comportamiento de situaciones planteadas.

12

EVALUACIÓN

Las propuestas de los métodos de evaluación, que tienen el propósito de obtener información del desempeño de los estudiantes en

referencia a los aprendizajes logrados, para que estos identifiquen sus avances y limitaciones y el profesor enriquezca o modifique la

forma de organización del proceso de instrucción utilizado.

Un ejemplo de evaluación, consiste en que el alumno elabore un portafolio que contenga: las actividades llevadas a cabo, los

exámenes, proyectos, trabajos, tareas, entre otros; realizados a lo largo del curso o por unidad. Por lo cual es indispensable que el

alumno se involucre en el trabajo en clase.

35

PROPÓSITOS DEL CURSO

Al finalizar el curso de Cálculo Diferencial e Integral II, a través de diversas actividades orientadas al desarrollo de habilidades y

procedimientos, y a la comprensión de conceptos y métodos. El alumno:

Incrementa su capacidad en la resolución de problemas al apropiarse de nuevas técnicas y herramientas que proporciona el

Cálculo, en particular, la representación y predicción de situaciones y fenómenos que involucran variación.

Avanza en el entendimiento de la derivada, al analizarla en funciones exponenciales, logarítmicas y trigonométricas.

Comprende la relación entre la derivada y la integral de funciones, que se sintetiza en el Teorema Fundamental del Cálculo.

Manipula adecuadamente las fórmulas de integración, así como los métodos de sustitución e integración por partes.

Con la modelación de situaciones geométricas y de movimiento, entre otras, relaciona la integral definida de una función, ya

sea con el área bajo una curva o la descripción del comportamiento de un objeto en movimiento, y comprende que puede

llevarse a cabo mediante la antiderivada o con un proceso infinito de aproximaciones numéricas.

Sistematiza las diversas interpretaciones de la integral y las utiliza en la resolución de problemas relacionados con variación

y con acumulación.

36

UNIDAD I. DERIVADA DE FUNCIONES TRASCENDENTES

Propósitos:

Al finalizar la unidad, el alumno ampliará su conocimiento de la derivada, a las funciones trigonométricas, logarítmicas y exponenciales

y reforzará el estudio de la variación al resolver problemas que se modelen con ellas.

TIEMPO: 16 horas

APRENDIZAJES

TEMÁTICA

ESTRATEGIAS

El alumno:

Relaciona en diversos

contextos la variación de

las funciones seno y

coseno a través de

procedimientos gráficos,

numéricos o algebraicos.

Reconoce que las

derivadas de las funciones

trigonométricas involucran

variación periódica.

Utiliza las derivadas de las

funciones seno y coseno, y

reglas de derivación para

obtener las derivadas de

las funciones: tangente,

cotangente, secante y

cosecante.

Derivada de funciones trigonométricas

Funciones trigonométricas y el

estudio de su variación.

Derivada de las funciones seno y

coseno.

Derivada de las funciones tangente,

cotangente, secante y cosecante.

Regla de la cadena para funciones

trigonométricas compuestas.

Resolución de problemas en diversos

contextos.

Para la deducción de la derivada de cada una de las

funciones es recomendable utilizar al menos dos de las

representaciones gráfica, tabular o algebraica,

considerando lo siguiente:

Si se efectúa un análisis a través de su gráfica,

utilizar el trazado de tangentes y comparar estos

valores con la gráfica de la función misma y realizar

una conjetura.

En la representación numérica se sugiere calcular la

aproximación de la derivada, usando una tabla, para

valores apropiados.

Presentar situaciones que se modelen mediante estas

funciones para motivar la discusión de su variación. Por

ejemplo:

La profundidad del agua en el puerto de San Felipe

B. C. está dada por la función

Donde t es el número de horas desde la media

noche.

3 2 56

y + . cos( t ) ; y está en metros

37

Utiliza la regla de la

cadena para derivar

funciones trigonométricas

compuestas.

Aplica las derivadas de

funciones trigonométricas

a problemas en diversos

contextos.

Calcular la rapidez con que está cambiando el nivel

del agua a las 6 horas.

Se depositan cien mil pesos en un banco que paga

5% de interés anual compuesto de manera continua.

Suponiendo que se reinvierte el capital más los

intereses. Calcula lo que se solicita.

a) Encuentra la cantidad total acumulada en 10 años.

b) Con qué rapidez está creciendo el capital a los 10

años.

Si se utiliza la definición de la derivada de la función

seno, calcular mediante una aproximación numérica los

limites siguientes:

Para deducir la derivada de la función coseno por medio

de la definición utilizar la identidad trigonométrica

apropiada.

Presentar problemas que se puedan modelar mediante

funciones circulares para el estudio de la variación de

fenómenos periódicos tales como: el péndulo simple,

pistón oscilante, el movimiento de las mareas etc.

0 0

1

x x

senx cos xlim ; lim

x x

38

Relaciona en diversos

contextos la variación de

funciones exponenciales a

través de procedimientos

gráficos, numéricos o

algebraicos.

Infiere la derivada de las

funciones logarítmicas.

Utiliza la regla de la

cadena para obtener la

derivada de funciones

exponenciales y

logarítmicas compuestas.

Aplica la derivada a

funciones exponenciales y

logarítmicas a problemas

en diversos contextos.

Derivadas de funciones exponenciales y

logarítmicas

Derivada de las funciones:

, , 10 10x u x ue e y

Derivada de las funciones:

ln , ln , log , logx u x u

Resolución de problemas en diversos

contextos.

Promover que el alumno, con el apoyo de la geometría

dinámica conjeture que la derivada de la función

exponencial natural es la misma función.

Si se utiliza la definición de la derivada de la función

exponencial, sería conveniente calcular mediante una

aproximación numérica este límite.

limℎ→0

[𝑒ℎ − 1

ℎ]

Resaltar la importancia de la derivada de la función

exponencial como modelo de situaciones de crecimiento,

decrecimiento.

Se sugiere que la derivada de la función logarítmica sea a

través de la función xy e

Enfatizar las aplicaciones a diversas disciplinas como: el

decaimiento radioactivo, crecimiento de poblaciones, la

ley de enfriamiento, entre otras.

Resaltar el hecho de que el aplicar las propiedades de los

logaritmos facilita la obtención de las derivadas de

productos, cocientes, potencias y exponenciales.

BIBLIOGRAFÍA: (Número del libro en el listado)

(2) Capítulo 4; (3) Lección 16; (9) Capítulo 5; (11) Capítulos 2 y 5; (15) Capítulo 6; (18) Capítulos 2 y 3; (21) Capítulo 4.

39

UNIDAD II. LA INTEGRAL DEFINIDA

Propósitos:

Al finalizar la unidad, el alumno interpretará el concepto de integral definida, analizando situaciones dadas en diferentes contextos para

construir su significado. Relacionará los conceptos de derivada e integral a través del Teorema Fundamental del Cálculo y lo aplicará.

TIEMPO: 16 horas

APRENDIZAJES TEMÁTICA ESTRATEGIAS

El alumno:

Asocia el área bajo una curva con la

solución de una situación dada en

diversos contextos.

Realiza aproximaciones para el cálculo

del área bajo una curva utilizando

sumas de áreas a través de rectángulos

inscritos y circunscritos y reconoce esta

aproximación como un método general.

Relaciona el método de aproximación

numérica para calcular el área con un

proceso infinito.

Calcula el área bajo una curva de la

forma

( ) nf x x como un límite de sumas

infinitas para n=1, 2 y 3.

El área bajo una curva

El área bajo la gráfica de una función

constante o lineal.

Aproximación numérica al cálculo del

área bajo la gráfica de una función,

mediante rectángulos.

Cálculo del área para funciones de la

forma ( ) nf x kx donde k es una

constante.

Interpretación del signo de la integral

con el área bajo la curva.

La integral definida

Definición.

Propiedades.

Introducir situaciones problemáticas

en las que se conoce la velocidad o la

tasa instantánea de cambio para

motivar la discusión de la

acumulación.

Desarrollar problemas que involucren

el cálculo de distancia, trabajo o

presión, entre otros; los cuales se

representen mediante una función

constante o lineal, para que

posteriormente, los analicen

gráficamente y perciban que dichos

problemas se pueden resolver al

calcular el área bajo la gráfica de esa

función, auxiliándose de la figura

geométrica respectiva.

Para la aproximación numérica,

presentar la gráfica de una función

sin su representación analítica y

solicitarles que calculen el área bajo

la curva en un intervalo dado,

40

Determina el área bajo la gráfica de una

función constante o lineal en intervalos

de la forma 0,x y calcula con ella el

área en el intervalo [a,b].

Identifica la función área como una

antiderivada o primitiva.

Infiere a la integral definida como el

límite de sumas infinitas.

Interpreta la relación que se establece

en el Teorema Fundamental del

Cálculo.

Descubre las ventajas de la existencia

de una antiderivada para encontrar la

integral definida.

Utiliza las propiedades de la integral

definida.

Identifica los elementos que sustentan

al Teorema Fundamental del Cálculo.

Aplica el Teorema Fundamental del

Cálculo.

La función área como una antiderivada

Formulación del Teorema Fundamental del

Cálculo.

Aplicaciones de la integral definida

Área comprendida entre dos funciones.

Cálculo de la distancia a partir de la

velocidad.

Cálculo de una población a partir de su

tasa instantánea de crecimiento o

decrecimiento.

inducirlos a que obtengan una

aproximación del área a través de la

suma de las áreas de figuras

rectilíneas y solicitarles mejores

aproximaciones.

Determinar el área bajo las funciones

( ) nf x x para n=1, 2, 3. En un

intervalo [0,a], a partir de aproximar

el área mediante rectángulos inscritos

y circunscritos de igual base, para

acotar el área. Se puede iniciar

circunscribiendo n rectángulos para

n=4 y calcular su área, continuar con

n=5, 6, etc. y observar el patrón de

comportamiento para n.

Para enriquecer lo anterior, realizar el

cálculo con particiones más finas

utilizando una hoja electrónica de

cálculo. Complementar y verificar los

valores obtenidos con el uso de

software dinámico, observando

gráficamente cómo se pueden obtener

mejores aproximaciones.

41

Interpreta la solución de un problema

como el cálculo del área bajo una

curva.

Subrayar la unidad de medida para la

( )

b

a

f x dx . La cual es el producto de

las unidades para ( )f x y las

unidades para x.

Para calcular de manera exacta las

áreas referidas, analizar el

comportamiento del proceso infinito

asociado a la aproximación numérica

para determinar si tiene un valor

límite y cuál es éste.

En la representación del área desde a

hasta x bajo la gráfica de f(t),

incorporar la notación

Resaltar la importancia de la

continuidad de las funciones para

enunciar el TFC, a partir de que

analicen una integral como:

x

adttfxA )()(

1

21

1dx

x

42

BIBLIOGRAFÍA: (Número del libro en el listado)

(2) Capítulo 5; (5) Capítulo 5; (7) Capítulo 5; (10) Capítulo 7; (15) Capítulo 4; (18) Capítulo 5; (19) Capítulo 17; (21) Capítulo 6.

A partir de los resultados anteriores

analizar la relación entre: la función

área, la antiderivada y la integral

definida; para enunciar el Teorema

Fundamental del Cálculo (TFC).

Proponer problemas que incluyan áreas

entre dos funciones, cálculo de la

distancia recorrida a partir de la

velocidad, apoyándose en el trazo de

sus gráficas para calcular las integrales

respectivas.

43

UNIDAD III. LA INTEGRAL INDEFINIDA

Propósitos:

Al finalizar la unidad el alumno establecerá mediante el análisis de situaciones de variación la integral de diversas funciones,

utilizará las fórmulas inmediatas y algunos métodos de integración.

TIEMPO: 20 horas

APRENDIZAJES TEMÁTICA ESTRATEGIAS

El alumno:

Explica el carácter inverso de las

operaciones de derivación e

integración para obtener las fórmulas

inmediatas de integración.

Reconoce la relación existente entre

la antiderivada y la integral

indefinida, así como su notación

Utiliza la condición inicial para

encontrar el valor de la constante de

integración. Reconoce que al

modificarse la condición inicial las

funciones difieren.

Identifica la fórmula de la integral

inmediata que requiere utilizar para

resolver una integral dada.

Construye una tabla de integrales

inmediatas que incluyan funciones

Fórmulas inmediatas de integración.

Relación entre la condición inicial y la

constante integración.

Métodos de integración

- Cambio de Variable.

- Integración por partes.

Usar la idea de que la derivada y la

integral son operaciones inversas,

obtener las fórmulas de integración.

Presentar al alumno la diferencial como

una aproximación lineal local entre f y

x, donde f es el cambio del valor de

la función que dependerá del cambio en

x, escribir df(x) como función de

diferencial de x (dx), de acuerdo a como

se proponga la función f(x) en cada

caso.

Retomar el análisis gráfico como apoyo

para visualizar que el proceso de

integración da lugar a una familia de

funciones y resaltar el papel que juega

en ella la constante de integración. Se

recomienda utilizar algún software

graficador.

44

trigonométricas y exponenciales.

Realiza las simplificaciones

algebraicas pertinentes para convertir

una integral a una forma inmediata.

Identifica y realiza el cambio de

variable apropiado para resolver una

integral más sencilla.

Reconoce que el método de

integración por partes amplía las

posibilidades para integrar algunos

productos de funciones.

Selecciona el método de integración

apropiado para calcular integrales

que resultan de modelar problemas

en diferentes contextos

Problemas de aplicación en diferentes

contextos

Para ilustrar el método de cambio de

variable, se sugiere realizar

modificaciones a la función a integrar y

solicitar al alumno identifique la

diferencial para obtener la integral de

una forma inmediata.

En la integración por partes

proporcionarles algunas sugerencias

para la elección de u y v, presentar

algunos ejemplos invirtiendo la elección

y discutir cuál de ellas es la adecuada.

Es importante hacer ejercicios de

aplicación que incluyan áreas entre

curvas, trazar sus gráficas y calcular las

integrales respectivas. También retomar

alguno de los problemas sobre distancia,

trabajo o presión resueltos anteriormente

y proponer variantes que den lugar a una

función no lineal, y resolverlos con la

integral definida.

BIBLIOGRAFÍA: (Número del libro en el listado)

(2) Capítulo 5; (7) Capítulo 7; (9) Capítulo 4; (20) Capítulo 18.

UNIDAD IV. MODELOS Y PREDICCIÓN

45

Propósito:

Al finalizar la unidad el alumno concluirá el estudio de la derivada y la integral, con la construcción de un modelo que las

relacione para hacer predicciones sobre el comportamiento de situaciones planteadas.

TIEMPO: 12 horas

APRENDIZAJES TEMÁTICA ESTRATEGIAS

El alumno:

Identifica que cuando la rapidez de

cambio de una función es

proporcional a la misma, se puede

modelar a través de la ecuación

𝑑𝑃(𝑡)

𝑑𝑡= 𝑘𝑃(𝑡)

Emplea el método de separación

de variables para resolver la

ecuación 𝑑𝑃(𝑡)

𝑑𝑡= 𝑘𝑃(𝑡) y lo aplica

en algunos ejemplos.

Identifica que la solución general

del modelo 𝑃(𝑡) = 𝐶𝑒𝑘𝑡 es una

familia de funciones definida por

los valores de C.

Considera las condiciones iniciales

Situaciones de variación cuya rapidez

de cambio se comporta como:

𝑑𝑃(𝑡)

𝑑𝑡= 𝑘𝑃(𝑡)

Método de separación de

variables.

Condiciones iniciales

aplicadas al modelo

𝑃(𝑡) = 𝐶𝑒𝑘𝑡

Propiciar que los alumnos, exploren

en forma numérica, gráfica o

algebraica el comportamiento de

diversas situaciones.

Por ejemplo, en el crecimiento de

una población, orientarlos a que

propongan los elementos que

intervienen en su crecimiento, al

sistematizar sus aportaciones y con

preguntas dirigidas, arribar a la tasa

de crecimiento y al hecho de que la

rapidez de crecimiento de una

población es proporcional al tamaño

de la misma. Por lo cual, se requiere

usar la simbología para establecer la

relación entre la función y su

derivada, mediante la ECUACIÓN

DIFERENCIAL:

𝑑𝑃(𝑡)

𝑑𝑡= 𝑘𝑃(𝑡)

Al presentar el método de separación

46

para obtener una solución particular

que representa a la situación, d ad a

y llega a un modelo del tipo

𝑃(𝑡) = 𝑃0𝑒𝑘𝑡

Utiliza el modelo para hacer

predicciones sobre el

comportamiento general y puntual de

la situación.

Distingue la diferencia en el

comportamiento del modelo

𝑃(𝑡) = 𝑃0𝑒𝑘𝑡 dependiendo del signo

de k y lo que esto significa en las

situaciones modeladas.

Reconoce la importancia del modelo

𝑃(𝑡) = 𝑃0𝑒𝑘𝑡 .

de variables, cuidar que los alumnos

no se queden con la idea errónea de

que dt pasa multiplicando pero sin

caer en explicaciones teóricas que

excedan los propósitos de esta unidad.

Una vez hallada la solución,

analizar su comportamiento general y

efectuar predicciones.

Es recomendable contar con datos de

fácil acceso, por ejemplo los del

INEGI del último censo sobre la tasa

de crecimiento de la población del

país.

BIBLIOGRAFÍA: (Número del libro en el listado)

(5) Capítulo 10; (6) Capítulo 7; (7) Capítulo 10; (9) Capítulo 6; (21) Capítulo 7.

47

Bibliografía general:

1. Azcárate, Carmen et. al (1996). Cálculo Diferencial e Integral. Editorial Síntesis. S. A. España

2. Bittinger, Marvin (2002) Cálculo para Ciencias Económico-Administrativas. Addison Wesley. Séptima edición. Colombia.

3. Cruse, Allllan B. et. al. (1982). Lecciones de Cálculo. Fondo Educativo Interamericano.

4. Filloy, Eugenio et. al. (2003). Matemática Educativa. “El concepto de infinito: Obstáculo en el aprendizaje del límite y

continuidad de funciones y tangencia, contacto y la diferencial”. Fondo de Cultura Económica, México.

5. Goldstein, L. J. et. al. (1990). Cálculo y sus aplicaciones. Prince – Hall Hispanoamericana. Cuarta edición. México.

6. Hoffmann, L. et al. (1995). Cálculo aplicado a la administración, economía, contaduría y ciencias sociales. McGraw Hill.

Quinta edición. Cali, Colombia.

7. Hughes, Deborah et. al. (2002). Cálculo Aplicado. CECSA. Segunda Edición. México.

8. Imaz, Carlos. (2010). La Génesis y la Enseñanza del Cálculo. Ed. Trillas, S. A., México.

9. Larson, Ron et al. (2010). Cálculo 1. McGraw-Hill. Novena edición. México.

10. Leithold, Louis (1988). Cálculo para Ciencias Administrativas, Biológicas y Sociales. Alfaomega grupo editor. México.

11. Leithold, Louis (1998). El Cálculo. Oxford University Press. Séptima edición. México.

12. Mochón, Simón (1994). Quiero entender el Cálculo. Un enfoque diferente basado en conceptos y aplicaciones. Grupo

Editorial Iberoamericana. México.

13. Natanson, I.P. (1984). La suma de cantidades infinitamente pequeñas. Limusa-Willey. México.

14. Polya, G. (1990). Cómo plantear y resolver problemas. Editorial Trillas. México.

15. Purcel, Edwin J. et al. (2007). Cálculo. Pearson educación Prentice Hall. Novena edición. México.

16. Shilov, G. E. (1980). Cómo construir gráficas: Los problemas más sencillos de máximos y mínimos. Limusa. México.

17. Stewart, James, et al. (2012). Precálculo: Matemáticas para el cálculo. CENGAGE Learning. Sexta edición. México.

48

18. Stewart, James (2012). Cálculo de una variable, trascendentes tempranas. CENGAGE Learning. Séptima edición. México

19. Swokowski, Eart W. (1987). Introducción al Cálculo con geometría analítica. Grupo Editorial Iberoamérica. S.A. de C.V.

México.

20. Thompson, Silvanus P. et al. (2012). Cálculo diferencial e integral. McGraw-Hill. México.

21. Warner, Stefan et. al (2002). Cálculo Aplicado. Segunda Edición, Thomson, México.

22. Zill, Dennis G. et al. (2011). Cálculo de una variable. McGraw-Hill. México.

De la Bibliografía general se recomienda para profesores los libros: (1), (4), (8), (13), (14) y (16)